，

(長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司 樞紐處，武漢 430010)

1 工程概況

丹江口水利樞紐是南水北調(diào)中線水源工程，初期工程正常蓄水位157.0 m，壩頂高程162.0 m，大壩加高后正常蓄水位170.0 m，壩頂高程176.6 m，最大壩高117 m。大壩加高前帷幕檢測查明，19—32壩段防滲帷幕局部區(qū)域存在透水率超標(biāo)(q>1 Lu)現(xiàn)象，超標(biāo)孔段透水率一般為1～3 Lu，最大10 Lu，主要位于地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育區(qū)和幕體下部的水泥灌漿區(qū)。超標(biāo)區(qū)域檢查孔普遍存在涌水現(xiàn)象，全孔最大涌水量7.2 L/min，最大涌水壓力0.30 MPa。

帷幕補強灌漿在水庫蓄水最大水頭達65～80 m的高水頭條件下進行，且壩基巖體細微裂隙發(fā)育，初期工程灌漿材料以水泥漿材為主，對水泥灌漿達不到設(shè)計防滲標(biāo)準(zhǔn)的部位又進行了丙凝化學(xué)漿材補灌。因此本工程補強灌漿難點與特點為：①動水條件下漿液被不斷稀釋、滲流沖刷及涌水反向擠出，成幕十分困難；②細微裂隙、多次復(fù)灌巖體的可灌性差，補強灌漿對灌漿材料的選取及其細度的要求極高；③涌水地層的灌漿施工通常要采用待凝與復(fù)灌等措施，有時同一段還會反復(fù)復(fù)灌、待凝，常規(guī)待凝時間為24～48 h，嚴重影響工程施工進度，因此，探索快速的施工工藝成為一項重要課題；④水源工程要求灌漿材料必須環(huán)保無毒。

為確保帷幕補強灌漿順利實施，針對上述補強灌漿的難點與特點，及高水頭帷幕灌漿工程實例調(diào)研，先行進行了現(xiàn)場灌漿試驗研究。

2 高水頭帷幕灌漿

江埡[1]、北岙坑[2]、三峽[3]、陳村[4]等大、中型水電站(水利樞紐)的高水頭帷幕灌漿實踐表明，高水頭作用下灌漿難度大、工期長、投資高，灌漿效果的關(guān)鍵在于漿材的選擇。水泥漿材的選擇，一是從加快漿液初凝，提高早期強度，抵抗高水頭涌水反向擠出的方向考慮，如：北岙坑水電站采用地勘水泥作為高水頭帷幕補強材料；二是從漿材細度考慮，選擇細顆粒的水泥漿材，以加大補強灌漿中微裂隙和多次復(fù)灌巖體的可灌性，如江埡水利樞紐的改性水泥高水頭帷幕補強灌漿、三峽工程采用的濕磨細水泥高水頭灌漿、陳村水電站采用的細水泥灌漿等。但高水頭下在細微裂隙地層中，單獨采用水泥灌漿，其效果往往不如人意，難以達到防滲標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)漿材的灌漿效果是毋庸置疑的，且化學(xué)漿材的膠凝時間可控，但由于化學(xué)漿材價格昂貴，因此在工程實踐中往往采用水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿，如江埡、三峽、陳村等采用水泥灌漿效果不佳后，又采用水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿，取得了良好的灌漿效果。

水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿中的水泥漿可以有效填充較大巖體裂隙，形成有利于化學(xué)灌漿的相對封閉區(qū)域，控制化學(xué)漿液的擴散范圍，減少化學(xué)灌漿單耗，節(jié)省工程投資，同時由于寬大裂隙已被先灌注的水泥漿填充，也不存在單純化學(xué)灌漿后機械性反向擠出的隱憂。

水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿可分為排間復(fù)合、排內(nèi)復(fù)合、孔內(nèi)復(fù)合，各有其優(yōu)缺點(見表1)，也都有成功的工程實例。

表1 不同水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿的優(yōu)缺點

3 試驗方案設(shè)計

丹江口水利樞紐初期工程分別采用過普通水泥、磨細水泥及丙凝化學(xué)漿材灌漿，結(jié)果表明：普通水泥灌漿效果較差，磨細水泥灌后仍存在較多不合格現(xiàn)象，其可灌性與普通水泥效果差別不大；丙凝灌漿效果較好，說明材料的細度直接決定灌漿效果?；谝陨戏治?，為節(jié)省工程投資，現(xiàn)場灌漿試驗采用濕磨細水泥-化學(xué)漿材復(fù)合灌漿型式。

濕磨細水泥采用長江科學(xué)院生產(chǎn)的新型GSW高效水泥濕磨機將普通水泥漿液現(xiàn)場磨制而成，經(jīng)現(xiàn)場2次取樣，平均粒徑D50分別為9.73 μm和9.36 μm?；瘜W(xué)漿材采用新型AC-Ⅱ丙烯酸鹽，該產(chǎn)品在毒性、濕抗壓強度等方面均屬國內(nèi)領(lǐng)先水平，毒性檢測為實際無毒。

復(fù)合灌漿試驗分A1區(qū)和A2區(qū)2個子區(qū)(見圖1)。

圖1 水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿孔位布置

A1區(qū)為排內(nèi)復(fù)合灌漿，Ⅰ，Ⅱ序孔為濕磨細水泥灌漿，Ⅲ序孔為化學(xué)漿材灌漿。A2區(qū)為孔內(nèi)復(fù)合灌漿，根據(jù)灌前壓水透水率(q)進行選擇，當(dāng)q>2 Lu時，采用濕磨細水泥灌漿，灌后進行壓水檢查，如q<1 Lu則進行下一段鉆灌，q≥1 Lu則采用丙烯酸鹽化學(xué)漿材復(fù)灌；當(dāng)q≤2 Lu時，采用丙烯酸鹽化學(xué)漿材灌漿。

4 補強灌漿關(guān)鍵施工工藝

4.1 水泥灌漿

(1) 灌漿方法及分段長度：第1段(孔口段)采用常規(guī)孔內(nèi)循環(huán)灌漿法并鑲嵌孔口管，第2段及其以下各段采用“小口徑孔、孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下分段”灌漿法，基巖段長劃分：壓水、灌漿分段均為第1段(孔口段)2 m，第2段3 m，第3段及以下各段一般為5 m，最大段長不得大于6 m。

(2) 灌漿壓力：第1段灌漿壓力為2.0 MPa，第2段灌漿壓力為2.5 MPa，第3段灌漿壓力為3.0～3.5 MPa，第4段及以下各段灌漿壓力為4.0～4.5 MPa。若遇涌水現(xiàn)象，灌漿壓力按設(shè)計灌漿壓力+涌水壓力控制。

(3) 待凝時間：針對濕磨細水泥灌漿，屏漿、待凝是解決涌水條件下灌漿成幕的一項有效手段，現(xiàn)場施工待凝時間采用6 h。

4.2 化學(xué)灌漿

(1) 灌漿方法及分段長度：采用“自上而下分段，孔內(nèi)阻塞純壓式灌漿法”施工?；鶐r段段長劃分同濕磨細水泥灌漿孔。

(2) 灌漿壓力：第1段灌漿壓力為1.5 MPa，第2段及以下各段灌漿壓力為2.0 MPa。若遇涌水現(xiàn)象，灌漿壓力按設(shè)計灌漿壓力+涌水壓力控制。

(3) 漿液的膠凝時間：根據(jù)灌前壓水透水率(q)選擇，q≤1 Lu時，膠凝時間采用50 min；1 Lu2 Lu時，膠凝時間采用35 min。

由于緩凝劑摻量和施工現(xiàn)場環(huán)境溫度、水質(zhì)、涌水量對化學(xué)漿材的膠凝時間均有影響，因此灌漿施工前進行了現(xiàn)場漿材配比及膠凝時間試驗。試驗結(jié)果表明：對于有涌水的孔段，膠凝時間明顯延長，甚至可達50%～100%。灌漿試驗過程中對有涌水的孔段，膠凝時間根據(jù)透水率選擇后視涌水情況適當(dāng)縮短5～10 min，但為確保灌漿效果，膠凝時間不得短于30 min。

(4) 漿液的配制與變漿：為了防止?jié){液浪費，配漿應(yīng)遵循少量多次的原則，第一次配漿量=(孔容+管容+泵容+壓水每分鐘流量)×10 min。灌漿過程中，若需加漿則根據(jù)孔內(nèi)吸漿率來確定下次配漿量，原則上不需改變漿液膠凝時間，但當(dāng)灌漿時間超過膠凝時間0.5～1.0倍還未達到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時，可逐步縮短膠凝時間。

(5) 管路安裝：根據(jù)灌漿段長下入塑料射漿管，射漿管距孔底≤50 cm。射漿管接在氣囊式阻塞器底端，阻塞器阻塞在本灌段上部50 cm處。阻塞器上部接O|15 mm的鋼管作為進漿管，回漿管采用O|15 mm的鋁塑管。為防止灌漿時漿液通過裂隙繞阻塞器滲漏造成阻塞器被埋，在安裝進回漿管的同時下入一根水管，以防灌漿繞塞時漿液膠凝造成阻塞器被埋。

(6) 回漿排水量控制：灌漿開始前，應(yīng)置換管路和灌漿段內(nèi)的水體，回漿量按孔容+管容+泵容控制，并根據(jù)涌水情況考慮1.15～1.20的系數(shù)。

(7) 灌漿壓力控制：排水結(jié)束后，關(guān)閉回漿管方可開始升壓灌漿計算實際灌入量，每5 min記錄一次注入量。灌漿壓力應(yīng)與注入率相適應(yīng)。

(8) 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在設(shè)計灌漿壓力下，應(yīng)灌至連續(xù)3個灌漿注入率的讀數(shù)小于0.1 L/min方可結(jié)束。對于有涌水的孔段，應(yīng)灌至孔內(nèi)漿液膠凝。

(9) 特殊情況處理：灌漿過程中，有可能會出現(xiàn)灌漿孔孔壁不規(guī)則、阻塞器難以阻塞嚴實或漿液通過裂隙串至阻塞器上部的現(xiàn)象。若發(fā)生此現(xiàn)象，則灌漿過程中壓力能升到設(shè)計壓力則快速升壓至設(shè)計壓力，灌注10 min，待大部分漿液滲透到細小的巖石裂隙后，根據(jù)灌漿情況適當(dāng)降低灌漿壓力至1.5 MPa或1 MPa進行低壓慢灌至結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

5 試驗成果分析

5.1 壓水資料分析

復(fù)合灌漿完成14 d后，在A1區(qū)布置了2個壓水檢查孔，共計進行常規(guī)壓水試驗17段；A2區(qū)共布置了1個壓水檢查孔，共計進行常規(guī)壓水試驗7段。

A1區(qū)所有孔段的壓水透水率均小于1 Lu，僅1段大于0.5 Lu，平均值0.097 Lu，而且檢查孔灌后平均涌水量僅0.28 L/min、灌后平均涌水壓力為0.05 MPa；A2區(qū)所有孔段的壓水透水率均遠小于1 Lu，最大值0.187 Lu，平均值0.093 Lu，而且檢查孔灌后平均涌水量僅0.39 L/min，灌后平均涌水壓力為0.06 MPa。由此可見排內(nèi)復(fù)合和孔內(nèi)復(fù)合的灌漿效果均較好。

5.2 聲波測試成果分析

聲波測試成果見表2，綜合分析認為：灌后單孔和跨孔聲波波速平均值有所提高，幅度一般在5%～6%，特別是分布于相對低波速區(qū)測點數(shù)所占的百分比降低幅度明顯，說明復(fù)合灌漿效果良好。

表2 聲波測試成果

5.3 疲勞壓水成果分析

為驗證復(fù)合灌漿后帷幕幕體滲透穩(wěn)定性和耐久性，采用純壓方式進行疲勞壓水試驗。壓水壓力為1.0 MPa+涌水壓力，純壓持續(xù)時間不少于48 h。疲勞壓水試驗成果見圖2，透水率-時間曲線大致分2個階段。

(1) 第1階段：隨著裂隙通道被壓水充填，透水率由初始0.50 Lu逐漸降至0.11 Lu，歷時大約4 h(發(fā)生時段0～4 h)。

(2) 第2階段：自4 h直至壓水結(jié)束，壓力水未產(chǎn)生明顯裂隙，透水率維持在0.11 Lu附近小幅波動，試驗終止透水率為0.09 Lu(小于初始透水率)，歷時長達44 h(發(fā)生時段4～48 h)。

圖2 透水率-時間曲線

濕磨細水泥+丙烯酸鹽化學(xué)漿材復(fù)合灌漿區(qū)耐久性壓水試驗成果表明，整個壓水歷時過程中，均未產(chǎn)生明顯劈裂，且最終注入率較初始注入率降低，透水率穩(wěn)定在低值區(qū)域，耐久性較好。

6 結(jié) 語

水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿技術(shù)在處理丹江口高水頭條件下帷幕補強灌漿中克服了高水頭大涌水條件下帷幕成幕困難、巖體細微裂隙發(fā)育且經(jīng)過反復(fù)灌漿，可灌性差等不利條件，主要結(jié)論如下：

(1) 水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿具有處理效果好、節(jié)約投資及節(jié)省工期等優(yōu)點，考慮施工方便，建議優(yōu)先采用排內(nèi)復(fù)合灌漿。研究成果直接應(yīng)用于后期的工程設(shè)計和施工，實踐證明效果良好。

(2) 針對高水頭帷幕補強灌漿特點的化灌工藝安全可靠、操作方便、經(jīng)濟適用。

(3) 水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿有效地解決了丹江口壩基帷幕補強灌漿問題，對其它工程高水頭帷幕灌漿的實施具有很好的借鑒和參考作用。

參考文獻：

[1] 蔡漢生，王 利. 江埡大壩壩基防滲帷幕缺陷及其處理[J]. 水利水電快報, 2002,23(10)：15-16. (CAI Hai-sheng, WANG Li. Curtain Grouting Defects and Their Treatment in Jiangya Dam Foundation [J]. Express Water Resources & Hydropower Information，2002,23(10)：15-16.(in Chinese))

[2] 許明顯，沈自力. 高水頭條件下進行壩基帷幕灌漿處理的工程實踐[J]. 浙江水利科技,2003,(1)：76-77. (XU Ming-xian, SHEN Zi-li. The Engineering Practice of Dam Foundation Treatment on Curtain Grouting under High Water Head[J]. Zhejiang Hydrotechnics，2003,(1)：76-77.(in Chinese))

[3] 陳 昊,董建軍，譚日升. 濕磨細水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿在三峽工程基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用研究[J]. 長江科學(xué)院報，2006，23(4)：64-66. (CHEN Hao, DONG Jian-jun, TAN Ri-sheng. Study on Fine Ground Cement and Chemical Compound Grouting for Foundation Treatment of TGP[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2006，23(4)：64-66. (in Chinese))

[4] 邢林生. 陳村大壩補強加固工程取得良好效果[J]. 水利水電技術(shù)，1994，(1)：60-63. (XING Lin-sheng. The Good Effect of Reinforcement Engineering at Chencun Dam[J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 1994, (1): 60-63. (in Chinese))